Vytvářejí nový typ urychlovače, který může změnit vědu
Urychlovače částic se staly jedním z nejdůležitějších vědeckých objektů v historii. V čisté vědě nám pomáhají pochopit základní složky vesmíru tím, že srážejí částice, aby studovaly výsledky, reprodukovaly podmínky raného vesmíru a zkoumaly strukturu hmoty. V praktickém použití hrají zásadní roli v medicíně (například v léčbě rakoviny a sterilizaci zdravotnického vybavení), průmyslu (například v ozařování potravin a materiálovém inženýrství) a technologiích (například v kontrolních systémech a kosmické elektronice).
Urychlovač částic… velikosti listu papíru formátu A4
Problém? Urychlovače jsou obvykle obrovské a velmi drahé. Vezměme si například Velký hadronový urychlovač (LHC) v CERN s jeho 27 kilometry dlouhými magnetickými tunely . Co by se stalo, kdybychom mohli zmenšit rozměry (fyzické i finanční) urychlovačů tisíckrát nebo milionkrát?
Nedávný výzkum navrhuje revoluční konstrukci: urychlovač částic tak kompaktní, že se vejde na stůl, schopný generovat velmi intenzivní rentgenové záření s zcela odlišnou architekturou než tradiční urychlovače.
Tradiční urychlovače částic mají obvykle obrovské rozměry. Nový koncept však využívá miniaturní struktury – uhlíkové nanotrubice – v kombinaci s polarizovaným laserem k vytvoření velmi silných elektrických polí a urychlení elektronů uvnitř nich. Klíčovým momentem jsou povrchové plazmonové vlny: laser „rotuje“ uvnitř nanotrubice a nutí elektrony pohybovat se po spirále, čímž vytváří koherentní rentgenové záření velmi vysoké intenzity, až stokrát vyšší než intenzita běžných urychlovačů podobné velikosti.
Revoluce ve vědě: supervýkonné rentgenové paprsky jsou k dispozici v laboratořích
Toto „kapesní“ zařízení může způsobit revoluci v oblastech, jako je medicína, materiálové inženýrství a biologie. V současné době lze intenzivní rentgenové záření získat pouze v obrovských laboratořích (synchrotrony nebo lasery na volných elektronech), ke kterým mnoho výzkumníků nemá snadný přístup.
Díky kompaktnímu urychlovači by nemocnice a univerzity mohly mít vlastní zdroj silného rentgenového záření, což by jim umožnilo získávat přesnější lékařské snímky bez nutnosti použití kontrastních látek, studovat bílkoviny a léky přímo ve výzkumných laboratořích, urychlit vývoj nových léčebných metod, analyzovat citlivé materiály a polovodičové komponenty bez jejich poškození nebo dokonce provádět nedestruktivní testy na místě.
Dosud byl projekt předveden pouze v počítačovém modelování na základě skutečných nanotrubiček a laserových struktur, které již existují v laboratoři. Autoři studie, včetně Javiera Restu-Lopeze z Univerzity ve Valencii, ukázali možnost generování polí o intenzitě několika teravoltů na metr, což výrazně převyšuje možnosti mnoha současných urychlovačů . Dalším krokem bude experimentální ověření tohoto konceptu vytvořením reálných prototypů a demonstrací jeho funkčnosti mimo modelované podmínky.
Na rozdíl od tradičních kompaktních urychlovačů není tento nový koncept určen k konkurenci s giganty, jako je Velký hadronový urychlovač (LHC), jehož 27kilometrový obvod ho řadí do zcela jiné ligy. Je logické ji srovnávat se současnými synchrotrony – stroji, které dnes generují elektronové svazky používané ve fyzice, chemii, medicíně a materiálovém inženýrství . A tyto synchrotrony jsou obrovské: francouzský ESRF má obvod 844 metrů, britský Diamond Light Source – 561 metrů, americký APS přesahuje 1100 metrů a japonský gigant SPring-8 dosahuje 1436 metrů. Tyto stavby mají velikost dvou, tří nebo dokonce čtyř plných fotbalových hřišť. Při takovém nasazení by urychlovač schopný zajistit srovnatelný výkon v „stolním“ měřítku představoval skutečnou vědeckotechnickou revoluci.
Pokud by byl tento urychlovač vytvořen, mohl by umožnit přístup ke složitým rentgenovým zdrojům, které jsou dosud dostupné pouze velkým centrům . To by nejen urychlilo vědecký výzkum, ale také přiblížilo špičkové technologie malým laboratořím, nemocnicím a univerzitám. Hlavním snem je zpřístupnit nástroje špičkové fyziky mnohem většímu počtu lidí.
V konečném důsledku představuje tento „stolní urychlovač“ odvážnou a revoluční myšlenku: stejná fyzika, která pohání gigantické urychlovače, může být jednoho dne realizována na čipu.
